JPH0294346A - 荷電粒子線用静電偏向器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は荷電粒子線を偏向するための偏向器に関し、特
に円筒面の一部を成す電極板を用いた荷電粒子線用静電
偏向器に関する。

［従来の技術］ 従来、３次と５次の収差成分を除いて直線性に優れた偏
向を行うため、第５図に示すような荷７ヒ粒子線用静電
偏向器が用いられている。第５図においてｘ、ｙ、ｚは
互いに直交するｘ、ｙ、ｚ％標軸を示している。特に２
座標軸は紙面に垂直に取られている。電極板Ａ１はＺ軸
を軸として配置される円筒面Ｃを考え、２軸を含み所定
の角度で交差する２枚の平面でこの円筒面をカットした
形状となっている。他の電極板の形状も同様である。

これら電極板ＡＩ、Ａ２．〜．Ａ８は所定の角度ずつ離
間して前記円筒面Ｃに沿って配置されでいる。

Ｘ方向の偏向量に比例した信号値をｖｘ、Ｘ方向の偏向
量に比例した信号値をｖｙ、比例定数をｋで表すとき、
前述した偏向器においては、電極板ＡＩ、Ａ２．Ａ３．
Ａ４．Ａ４．Ａ８．Ａ７゜Ａ８に各々Ｖｘ　＋ｋＶｙ　
、ｋＶｘ　＋Ｖｙ　、−ｋＶＸ　＋Ｖｙ　、−Ｖｘ　＋
ｋＶｙ　、−Ｖｘ　−ｋＶｙ　。

ｋＶｘ　−Ｖｙ　、ｋＶｘ　−Ｖｙ　、Ｖｘ−ｋＶｙな
る信号を供給している。

又、３次と５次の収差を除き得、±Ｖｘ、±Ｖｙのみの
偏向信号で駆動できる静電偏向器として電極板の筒面に
垂直な断面における形状がジクザグ状の電極板を円筒面
に沿って配置したパターン・ヨーク偏向器や２０極や２
８極の不等分割静電偏向器も知られている。

［発明が解決しようとする課８］ 前者の型の偏向器は同一円筒面に沿って電極を配置する
ため、電極部の製作は容易であるが、前述したように４
組の偏向信号を各電極板に供給しなければならないため
、駆動回路部に大きな負担を生じる。即ち、演算増幅器
で前述した４種の信号を作成しようとすると、電磁偏向
の場合と異なり、駆動電圧が高圧となるため、ドリフト
除去のための調整や零点調整のみならず、バランス調整
等が繁雑となる。このような難点を解決するため、±Ｖ
Ｘ、±ｖｙの２組の偏向信号を用いて、他の必要な偏向
信号を抵抗ブリッジによって作ることも試みられたが、
偏向信号の電圧が低下する難点が新たに生じる。

又、後述したパターン・ヨーク偏向器や多極型の偏向器
は駆動回路部の負担は小さいが夫々複雑な形状の電極板
と多数の電極板を必要とするため、電極板部の製作が困
難である。

本発明はこのような従来の課題を解決し、電極板の製作
が容易であると共に、駆動回路部に対する負担を低減し
える荷電粒子線用静電偏向器を提供することを目的とし
ている。

［課題を解決するための手段］ そのため本発明は、互いに直交するＸ、ｙ、ｚ座標軸を
とり、２軸を軸として配置される円筒を考えた際に、Ｚ
軸を含みある角度を成して交差する２枚の平面で前記円
筒面をカットした形状の電極板を複数用意し、これら電
極板を互いに離間して前記円筒面に沿って配置すると共
に、該電極板の各々に偏向信号を与えて荷電粒子線を偏
向する荷電粒子線用静電偏向器において、ｘｙ平面にお
いてＸ軸を基準とした角度を考えるとき、−３６°から
３６°の領域を占めて第１の電極板を配置し、４４°か
ら６４°の領域を占めて第２の電極板を配置し、−４４
°から一６４°の領域を占めて第３の電極板を配置し、
前記第１．第２．第３の電極板の各々とｙｚ面について
対称な第４．第５、第６の電極板を配置し、前記第１．
第２．第３の電極板の各々に値Ｖなる共通な偏向信号を
供給すると共に、前記第４．第５．第６の電極板の各々
に値−Ｖなる共通な偏向信号を供給するための手段を備
えたことを特徴としている。

［発明の作用コ 以下、図面に基づき本発明において基本となっている考
えを説明する。

いま、第２図に示すような静電偏向器を考えるが、第２
図（ｂ）は第２図（ａ）のＵ矢視図になっている。これ
ら両図においては第５図と同一の要素に対しては同一符
号を付している。

ｒを２軸からの距離、θをＸ軸を基準とした方位角とす
ると、まず、円筒座標（ｒ、θ、２）を用いて円筒片電
極板により２軸近傍に形成される静電偏向ポテンシャル
Φ　（ｒ、θ、２）の−膜形を求める。

第２図よりΦは次のような対称関係を有している。

Φ　（ｒ、−θ、ｚ）−Φ　（ｒ、θ、ｚ）　　　　・
・・（１）Φ　（ｒ、θ＋π、２）−−Φ　（ｒ、θ、
ｚ）　　・・・（１°）又、Φ　（ｒ、θ、２）は以下
のフーリエ級数に展開される。

Φ　（ｒ、θ、ｚ） ｍ　朧０．１，２．・・・ ここにｍは次数を表わしており、例えばｍ−０即ちΦＯ
（ｒ、ｚ）は回転対称場のポテンシャルである。

そして、ｍｉｏの場合、Φｒｔｒ　（ｒ　、　ｚ）ｃｏ
ｓｍθ、Φ［ｌｌ（ｒ。

ｚ）ｓｉｎｒａθは多重極による電場のポテンシャルを
表している。（１）、（１°）式が成立するため、ｓｉ
ｎの項とｍの偶数項は消えるため、　（２）式は次のよ
うになる。

ここでΦａ（ｒ、ｚ）をｒのべき級数で以下のように表
す。

０ｍ（ｒ、ｚ）−ΣＣｆｆ１ｎ（ｚ）ｒｎ−（５）この
０ｍを（４）式に代入すると　（６）式を得る。

−Ｃ−Ｃ１１（ｚ）ｒ＋　（１／８）Ｃ１１（ｚ）−ｒ
　　３　］　　ｃｏｓ　　θ＋　［−Ｃ３３（ｚ）ｒ３
＋　（１／１６）Ｃ３３（ｚ）”ｒ　５］　ｃｏｓ３θ
＋　　［−Ｃ５５（ｚ）ｒ５　＋（１／２４）Ｃ５５（
ｚ）”ｒ　　フ　］　　ｃｏｓ５　θ＋・・・　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
（７）偏向ポテンシャルが２座標に依存しないとみなし
得るから、Ｃ１１（ｚ）”、　　Ｃ３３（ｚ）”、　　
Ｃ５５（ｚ）”は０となるため、（７）式は下式のよう
になる。

Φ　（ｒ、θ、ｚ） −−Ｃ１１（ｚ）ｒ　ｃｏｓθ−ＣＨ（ｚ）ｒ３ｃｏｓ
３θ−Ｃ５５（ｚ）ｒ５ｃｏｓ５θ−・・・・・・（８
）第２図に示すように、電極板Ｂｌ、Ｂ２がθ−０の面
に対して−αから＋αの領域とπ−αからπ＋αの領域
を占めるとすれば、電極板が２軸近傍に形成するポテン
シャルはφ１（ｒ、０．２）は下式の＋　・・・ ・・・（６） これらの式を（３）式に代入すれば、Φ　（ｒ、θ、２
）は以下のように表される。

Φ　（ｒ、θ、ｚ） 従って上式の積分は次のようになる。

φ１（ｒ、θ、ｚ） −−ｆ　１（ｚ）ｒｓｉｎａ　ｃｏｓθ−ｆ　３（ｚ）
ｒ３５ｉｎ３αＸ　ｃｏｓ３θ−ｆ　５（ｚ）ｒ５５ｉ
ｎ５αｃｏｓ５θ−・・・・・・（１０）次に第３図に
示すように、角度子γの位置に電極板Ｄｉ、Ｄ４の中心
が位置し、角度−γの位置に電極板Ｄ２．Ｄ３の中心が
来るように配置すれば、これら電極板が２軸近傍に作る
ポテンシャルφ２（ｒ、θ、２）は式（１０）を用いて
以下のように表される。

φ２（ｒ、θ、ｚ）　−−２ｆ　１（ｚ）ｒｓｉｎａ　
　ｃｏｓ７ｃｏθ２ｆ　３（ｚ）　ｒ３ｓｌｎ３αｃｏ
ｓ３γｃｏｓ３θ２ｆ　５（ｚ）　ｒ５ｓｉｎ５αｃｏ
ｓ５γｃｏｓ５θ−・°゛・・・（１１） 式（１０）と（１１）の結果から、式（１０）に対応す
る電極板と式（１１）に対応する電極板を合わせてθ−
０の面に対称に（２ｎ＋１）組の電極板を配置した静電
偏向器を考えると、この偏向器が２軸近傍に作るポテン
シャルは次のように表すことができる。

φ（ｒ、　θ、２）− Ｘ　　ｒ３　ｃｏｓ３θ −１ｆ１５　　ｓｉｎ　　５ａ　１＋　　２Σｆｉ５ｓ
ｉｎ　　５ａ　ｔｅａｓ　　５γ１）し＝　２．３．・
・・ Ｘ　　ｒ’　　ｃｏｓ５θ−・・・　　　　　　　　　
　　　　　　　　・・・（１２）上式で第１項は１次の
ポテンシャル、第２項は３次のポテンシャル、第３項は
第５次のポテンシャルを表している。

ところで、電場ＥはＥ　−−ｇｒａｄφで与えられるた
め、もし上式の第２項と第３項の括弧の中を零とできる
ならば、この静電偏向器の作る電場は３次と５次の収差
を零にできる直線性の良いものにすることができる。奇
数（２ｎ＋１）個の電極を用いて上式の第２項と第３項
を零とするＣ１．Ｃ１，γｉの組み合わせは無数に存在
するが、電極数が最も少ない場合はｉ−２である。そこ
で、第４図に示すように３組の電極板のうち第１．第２
．第３の電極板Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３にＶｘ、第４．第５゜
第６の電極板Ｆ４．Ｆ５．ＦＢに−Ｖｘのポテンシャル
を与えると、２軸近傍のポテンシャルは次のようになる
。

φ（ｒ、θ、２）− −ｆｉｌ（５ｉｎａ　Ｌ　＋　２ｓｉｎａ　２ｃｏｓｙ
　２１　ｒｃｏｓθ−Ｈ３ｔｓｉｎ３αｌ＋　２ｓｌｎ
３α２ｃｏｓ　３ｙｚ１　ｒ３ｃｏｓ３θ−ｆ’１５（
ｓｌｎ５ａ　１＋　　２ｓｉｎ５ａ　２ｃｏｓ　　５ｙ
ｚ１　　ｒ５　ｃｏｓ５θ・・・・・・（１３） （１３）式の第２項と第３項の括弧の中を零とするαＩ
、α２．γ２の組合わせは種々考えられるが、次の組合
わせは最も簡単に求められる。即ち、３次成分を零にす
るα２は（３）式より下式を満たす。

ａ　２−　（１／３）ｓｌｎ−１（（−５ｉｎ３ａ　ｌ
）／　（２ｅｏｓ３γ２））・・・（１４） 次に５次成分が零となるα１とｙｚの値は（１３）式を
参照して α１−３８”　　　γ２−５４”　　　　　　　　　　
・・・（１５）に選ぶことができる。

この値を（１４）式に代入すれば α２−１０’　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
１６）となる。

又、（１５）式と（１６）式によって得た静電偏向器を
π／２回転させれば、ｙ方向の静電偏向器となる。

［実施例］ 上述した考えに基づく本発明の実施例を、以下図面に基
づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すためのもので、第１図
においては、第２図と同一の構成要素を示している。第
１図に示すように、Ｘ軸を基準とするとき、第１の電極
板Ｅｌが一３６＠から３６゜の領域を占めて配置されて
いる。又、第２の電極板Ｅ２が４４″から６４＠の領域
を占めて配置されており、第３の電極板Ｅ３が一４４°
から一６４″の領域を占めて配置されている。更に、前
記第１．第２．第３の電極板Ｅｌ、Ｅ２．Ｅ３の各々と
ｙｚ面について対称に、夫々第４．第５．第６の電極板
Ｅ４．Ｅ５．Ｅ６が配置されている。

１ｘはＸ方向偏向電源であり、電源１ｘより第１゜第２
．第３の電極板の各々に値ＶＸなる共通な偏向電圧が印
加されていると共に、第４．第５．第６の電極板の各々
に値−ｖｘなる共通な偏向電圧が印加されている。

図示していないが、ｙ方向偏向用として前記Ｘ方向偏向
器をπ／２だけ回転させたＸ方向偏向器がＸ方向偏向器
の下段に配置されている。このＸ方向偏向器の第１．第
２．第３の偏向電極板にＶｙなる偏向電圧が印加される
と共に、第４．第５゜第６の偏向電極板に−ｖｙなる偏
向電圧が印加される。

前述した説明より明らかなように、このような構成の偏
向器によれば、３次及び５次の収差を除くことができる
。しかも、このような偏向器においては、Ｘ及びｙ方向
の偏向を行ったとしても円筒片の偏向電極板を１２枚し
か必要とせず電極板部の製造が容易になる。又、偏向電
極板に与える信号も２組で済むため、駆動回路部の負担
を軽減させることができる。

［発明の効果］ 上述した説明より明らかなように、本発明により、製造
が容易で駆動回路部の負担を軽減できる荷電粒子線用静
電偏向器が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すための図、第２図、第
３図及び第４図は本発明において基本となっている考え
を説明するための図、第５図は従来の静電偏向器を説明
するための図である。 Ｅｆ、Ｅ２．　〜 Ｂ２．Ｄｌ、　　〜 Ｃ：円筒面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに直交するｘ、ｙ、ｚ座標軸をとり、ｚ軸を軸とし
   て配置される円筒を考えた際に、ｚ軸を含みある角度を
   成して交差する２枚の平面で前記円筒面をカットした形
   状の電極板を複数用意し、これら電極板を互いに離間し
   て前記円筒面に沿って配置すると共に、該電極板の各々
   に偏向信号を与えて荷電粒子線を偏向する荷電粒子線用
   静電偏向器において、ｘｙ平面においてｘ軸を基準とし
   た角度を考えるとき、−３６°から３６°の領域を占め
   て第１の電極板を配置し、４４°から６４０の領域を占
   めて第２の電極板を配置し、−４４°から−６４°の領
   域を占めて第３の電極板を配置し、前記第１、第２、第
   ３の電極板の各々とｙｚ面について対称な第４、第５、
   第６の電極板を配置し、前記第１、第２、第３の電極板
   の各々に値Ｖなる共通な偏向信号を供給すると共に、前
   記第４、第５、第６の電極板の各々に値−Ｖなる共通な
   偏向信号を供給するための手段を備えたことを特徴とす
   る荷電粒子線用静電偏向器。